هندسة الميكاترونيكس تتعلق بالتطبيق التشاركي للميكانيكا والإلكترونيات والتحكم وهندسة الحاسوب في تطوير النُظم والمنتجات الكهروميكانيكية، من خلال نهجٍ تصميم متكامل. ويتطلب نظام الميكاترونيكس منهجاً متعدد التخصصات لتصميمه وتطويره وتنفيذه.[1]

في التطور التقليدي للنظام الكهروميكانيكي، يتم تصميم المكونات الميكانيكية والمكونات الكهربائية أو اختيارها بشكل منفصل ومن ثم دمجها مع الأجهزة والبرامج والمكونات الأخرى. في المقابل، يتم التعامل مع النظام الكهروميكانيكي بأكمله في وقت واحد بطريقة متكاملة من قبل فريق من المهندسين متعددي التخصصات وغيرهم من المهنيين. وبطبيعة الحال، فإن النظام الذي يتم تشكيله من خلال ربط مجموعة من المكونات المصممة والمصنعة بشكل مستقل لن يوفر نفس مستوى الأداء كنظام الميكاترونيكس الذي يستخدم نهجاً متكاملاً للتصميم والتطوير والتنفيذ. وإن أفضل ترابط وتوافق بين الوظائف يمكن أن يتحقق من خلال نهج متكامل وموحد للتصميم والتطوير، وإن أفضل عملية ممكنة تكون من خلال تنفيذٍ متكاملٍ لهذه العملية.[2]

بصفة عامة، منتج الميكاترونيكس سيكون أكثر كفاءة من حيث التكلفة والدقة والمرونة والوظيفة والثقة، وأقل تعقيداً ميكانيكياً، بالمقارنة مع المنتج غير الميكاتروني الذي يحتاج إلى مستوى مماثل من الجهد في تطويره.[3]

 

التعريف والتاريخ

الميكاترونيكس: هي إحدى مجالات الدراسة المعنيّة بالتصميم والاختيار والتحليل والسيطرة على الأنظمة التي تجمع بين العناصر الميكانيكية مع المكونات الإلكترونية ،بما في ذلك أجهزة الحاسوب ووحدات التحكم الصغيرة.[4]

وقد صيغ مصطلح الميكاترونيكس من قبل مهندس ياباني من شركة ياساكوا الكهربائية عام 1969م للإشارة إلى استخدام الإلكترونيات في التحكم الميكانيكي (أي، “ميكا” من الهندسة الميكانيكية و”ترونكس” من الهندسة الكهربائية أو الإلكترونية).[5]

 

الوصف

إن موضوعات الميكاترونيكس تشتمل على عناصر من الهندسة الميكانيكية والهندسة الكهربائية وعلم الحاسوب. والموضوع يرتبط مباشرةً بالتقدم في تكنولوجيا الحاسوب.[6]

نظام الميكاترونكس ليس مجرد نظام تحكم بين الأجهزة الكهربائية والميكانيكية، بل هو التكامل التام بين جميع هذه الأنظمة، حيث إن هناك نهجا متزامنا للتصميم، وقد ازداد الاعتماد على هذا النهج المتكامل متعدد التخصصات في التصميمات الهندسية، وهذا التكامل عبر الحدود التقليدية للهندسة الميكانيكية والهندسة الكهربائية والإلكترونيات وهندسة التحكم، يجب أن يحدثَ في المراحل الأولى من عملية التصميم إذا ما تم تطوير أنظمة أقل تكلفة وأكثر موثوقية وأكثر مرونة. ويجب على نظام الميكاترونكس أن ينطوي على نهج متزامن لهذه التخصصات بدلاً من نهج متسلسل للتطوير، فنقول على سبيل المثال: الجزء الميكانيكي ثم الجزء الكهربائي ثم الجزء المعالج. وهكذا فإن الميكاترونكس عبارة عن فلسفة للتصميم، وهو نهج متكامل للهندسة.[7]

تجمع الميكاترونكس مجالات التكنولوجيا التي تشمل على أجهزة الاستشعار (Sensors) وأنظمة القياس (Measurement systems)، وأنظمة الدفع والتشغيل (Drive and Actuation systems)، وأنظمة المعالجات الدقيقة (Microprocessor systems)، جنباً إلى جنب مع تحليل سلوك النظم وأنظمة التحكم (Control systems).[8]

 

 

التطبيقات

1- صناعات السيارات

▪ تشخيص المركبات والرصد الصحي لها. فتستخدم أجهزة استشعار مختلفة للكشف عن البيئة المحيطة أو ظروف الطريق؛ وأجهزة استشعار لمراقبة سائل تبريد المحرك ودرجة حرارته وجودته؛ وضغط زيت المحرك ومستواه وجودته؛ وضغط الهواء في الإطارات؛ وضغط المكابح (الفرامل).

▪ استشعار الضغط ودرجة الحرارة في مواقع مختلفة من المحرك وأماكن توليد الطاقة بواسطة تحكم متنوع، مثل حساسات الضغط؛ تحليل والتحكم في غازات العادم؛ تحديد موقع العمود المرفقي (Crankshaft)؛ ضغط مضخة الوقود والتحكم في حقن الوقود؛ والتحكم في نقل الحركة والضغط.

▪ نظام وسادة الأمان الهوائية (Airbag safety deployment system). أجهزة استشعار قياس السرعة والعزم المثبتة على هيكل السيارة والتي تقيس تباطؤ سرعة السيارة على المحور السيني والصادي، التي تستطيع مساعدة الوسادة الهوائية على العمل.

نظام منع انغلاق المكابح (الفرامل) (Anti-lock brake system)، نظام تثبيت السرعة. أجهزة استشعار الموقع لتسهيل نظام الفرامل؛ أجهزة استشعار الإزاحة والموقع في أنظمة التعليق (Suspension systems).

▪ التحكم بالمقعد من أجل الراحة، من خلال مستشعرات الإزاحة والمحركات الصغيرة للتحكم في المقعد؛ وأجهزة استشعار من أجل التحكم بجودة الهواء (درجة الحرارة والرطوبة) وأجهزة استشعار من أجل الضباب الذي يتشكل على زجاج السيارة.[9]

 

2- صناعات الرعاية الصحية

▪ أنظمة التشخيص الطبية، الفحوصات غير الغازية مثل: الفحص بالأجهزة فوق الصوتية. محول ضغط الدم المستخدم لمرة واحدة؛ منظم ضغط الرحم الداخلي خلال الولادة.

▪ حساسات الضغط في مختلف الفحوصات التشخيصية. أنظمة السيطرة على السوائل الوريدية وتدفق الدواء؛ أجهزة استشعار الضغط على طرف أنبوب القسطرة.

▪ عمليات بالمنظار وعمليات تقويم العظام. أجهزة استشعار الضغط في الأوعية الدموية أثناء القسطرة؛ أجهزة التنفس؛ مقياس سعة أو قدرة استيعاب الرئة.

▪ ومنتجات أخرى مثل أدوات غسيل الكلى، أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي MRI.[10]

 

3- صناعات الطائرات

▪ نظام معدات الهبوط؛ معدات قمرة القيادة؛ أجهزة استشعار للزيت والوقود والانتقال؛ رصد سرعة الهواء؛ تحديد الارتفاع؛ أنظمة التحكم.

▪ كفاءة الوقود وأنظمة الأمان؛ التحكم بالدفع بوساطة أجهزة استشعار الضغط؛ كاشف تسرب المواد الكيميائية؛ أنظمة المراقبة والتحكم الحراري.

▪ نظام الملاحة بالقصور الذاتي؛ جهاز قياس تسارع؛ الألياف البصرية الجيروسكوبات للتوجيه والرصد.

▪ أنظمة الاتصالات والرادارات؛ نطاق التردد العالي؛ مفاتيح الترددات الراديوية منخفضة المقاومة؛ الأجهزة البصرية التي تستخدم الاتصالات الليزرية.[11]

 

4- صناعات المستهلك

▪ منتجات المستهلك مثل: التركيز التلقائي في الكاميرا، الفيديو، مشغل الأقراص المدمجة؛ المنتجات الإلكترونية الاستهلاكية؛ الغسالات، وغسالات الصحون، وغيرها من الأجهزة المنزلية.

▪ أنظمة الترفيه مثل: ألعاب الفيديو وغيرها.

▪ أنظمة دعم المنزل؛ أنظمة فتح أبواب المرآب التلقائية؛ أجهزة استشعار التدفئة والتهوية؛ وأنظمة تكييف المنزل؛ أنظمة أمان المنزل.[12]

 

5- الأنظمة والمنتجات الصناعية

▪ مراقبة عملية التصنيع والتحكم فيها؛ أدوات الـ CNC الآلية؛ سرعة تشغيلية عالية ومتقدمة ومراقبة الجودة أيضاً؛ تشغيل ذكي وفحص الجودة عبر الإنترنت. مفاتيح ربط بشاشات رقمية تبين مقدار العزم، حفر وثقب بسرعات متغيرة وغيرها من الأدوات اليدوية.

▪ النماذج الأولية السريعة؛ توفير تكاليف التصنيع عن طريق إنشاء نماذج سريعة بواسطة التكامل بين الـ CAD (Computer aided design) و الـ CAM (computer aided manufacturing) وأدوات النمذجة الأولية السريعة أيضاً.

▪ قيادة المركبات بشكل تلقائي، تطبيقات الفضاء؛ استخدام نظام تحديد الموقع التلقائي في مشاريع منظمة NASA؛ استخدام الأنظمة التلقائية في التحكم والرصد تحت الماء.[13]

 

6- تطبيقات أخرى

▪ الاتصالات السلكية واللاسلكية.

الروبوتات الحيوية.

▪ مركبات التحليق المغناطيسي.

▪ الماسحات الضوئية وآلات النسخ وغيرها من المنتجات المكتبية.[14]

 


 

المصادر والمراجع

  1. Mechatronics: An Integrated Approach ISBN:0203502787
  2. Fundamentals of Mechatronics ISBN:9781111569020
  3. Mechatronics: Electronic Control Systems in Mechanical and Electrical Engineering 6th Edition ISBN:9781292076683
  4. Mechatronics System Design, SI Version, 2nd Edition ISBN:9781439061992

التوثيق

  1. Mechatronics : An Integrated Approach, Clarence W. de Silva, page(1)
  2. المرجع السابق
  3. المرجع السابق
  4. Fundamentals of Mechatronics, Musa Jouaneh, page(1)
  5. المرجع السابق
  6. المرجع السابق
  7. Mechatronics: Electronic Control Systems in Mechanical and Electrical Engineering 6th Edition, William Bolton, page (3, 4, 5)
  8. المرجع السابق
  9. Mechatronics System Design, SI Version, 2nd Edition, Devdas Shetty. Richard A.Kolk (36, 37, 38)
  10. المرجع السابق
  11. المرجع السابق
  12. المرجع السابق
  13. المرجع السابق
  14. المرجع السابق
  • روابط خارجية

https://m.youtube.com/watch?v=xM531wRUw9A

https://m.youtube.com/watch?v=Ori_ciUZHLc